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Kugelgewindetrieb Kraftvoll zupacken mit der Ironhand

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Die Ironhand vereint medizinisches Know-how, Roboter- und Computertechnologie. Sie unterstützt Menschen mit reduzierter Muskelkraft oder zusätzlichem Kräftebedarf. Dabei helfen Kugelgewindetriebe von Eichenberger.

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Der Ironhand-Handschuh ist in vier Größen für die linke und rechte Hand erhältlich. Es wird ein normaler Arbeitshandschuh über der Eisenhand getragen.
Der Ironhand-Handschuh ist in vier Größen für die linke und rechte Hand erhältlich. Es wird ein normaler Arbeitshandschuh über der Eisenhand getragen.
(Bild: Eichenberger)

Hände sind an fast allem beteiligt, was Menschen tun – vom Zähneputzen am Morgen über die Arbeit am Tag bis zur Zubereitung des Abendessens. Eine beeinträchtigte Handfunktion kann daher sowohl im Beruf als auch zu Hause schwerwiegende Folgen haben.

Die Bioservo Technologies AB, ein schwedisches Technologie- und Entwicklungsunternehmen, hat sich auf die Fahne geschrieben, bionische, kraftspendende Produkte für Menschen mit reduzierter Muskelkraft oder zusätzlichem Kräftebedarf herzustellen. Bei der neuesten Entwicklung handelt es sich um die sogenannte Ironhand. Sie vereint medizinisches Knowhow, Roboter- und Computertechnologie. Eine passende Antriebslösung dafür fanden die Schweden bei der Eichenberger Gewinde AG.

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Die Ironhand basiert auf der Soft-Extra-Muscle-(SEM-)Technologie und wurde 2019 auf dem Markt eingeführt. Das modulare System besteht aus einem Handschuh, welcher fünf Finger abdeckt und einem Antriebssystem. In der Powerhand integrierte Drucksensoren steuern Servomotoren an, die sich im Gerät befinden. Dadurch erhält der Träger einen besonders starken Griff. Die tragbare Steuereinheit wird als Rucksack getragen. Innerhalb von Millisekunden kann sie die Griffkraft des Trägers um bis zu 80 N erhöhen.

Fünf kaltgerollte Kugelgewindetriebe

Im Bausatz werden fünf elektrisch angetriebene, kaltgerollte Kugelgewindetriebe von Eichenberger verwendet. Sie setzen die Drehbewegung der kleinen Servomotoren in eine Linearbewegung um. Der Wirkungsgrad von 94 % gewährleistet dem Unternehmen zufolge eine optimale Antriebsleistung.

„Das patentierte SEM-Technologiekonzept geht über den Stand der neusten Technik hinaus. Zur Unterstützung des Trägers werden Daten gesammelt und analysiert, um griffintensive Anwendungsfälle mit einem hohen ergonomischen Risiko zu bewerten und zu identifizieren. Die eingeführte Intent-Detection -Logik aktiviert die Unterstützung nur dann, wenn der Träger die Bewegung mit einem natürlichen und intuitiven Krafteinsatz einleitet. Dies wird durch Sensoren erreicht, welche die Aktion des Benutzers erfassen“, sagt Ursula Schädeli, Eichenberger Gewinde AG.
„Das patentierte SEM-Technologiekonzept geht über den Stand der neusten Technik hinaus. Zur Unterstützung des Trägers werden Daten gesammelt und analysiert, um griffintensive Anwendungsfälle mit einem hohen ergonomischen Risiko zu bewerten und zu identifizieren. Die eingeführte Intent-Detection -Logik aktiviert die Unterstützung nur dann, wenn der Träger die Bewegung mit einem natürlichen und intuitiven Krafteinsatz einleitet. Dies wird durch Sensoren erreicht, welche die Aktion des Benutzers erfassen“, sagt Ursula Schädeli, Eichenberger Gewinde AG.
(Bild: Eichenberger)

Die Gewindetrieb-Lösung entwickelten die Spezialisten von Eichenberger gemeinsam mit dem Bioservo-Team. Das schwedische Unternehmen ist im Bereich des weichen Exoskeletts und der motorischen Unterstützung tätig und konzentriert sich vor allem auf die Hand und andere Extremitäten des Oberkörpers. Die Idee hinter der Ironhand war, einen Handschuh zu entwickeln, der zur Vorbeugung von Stressverletzungen, zur Rehabilitation und zur Unterstützung von Menschen bei ihren täglichen Aktivitäten zu Hause oder bei der Arbeit beitragen kann. Vor allem berufstätige Menschen mit schwachen Händen, die Griff-intensive Arbeitsaufgaben bewältigen müssen, können unterstützt werden. Schmerzen im Arbeitsalltag und krankheitsbedingte Fehlzeiten sollen so verhindern werden.

So funktioniert die Ironhand

Die Funktion von Ironhand ähnelt der unserer Hände. Ein Handgriff wird normalerweise von den Muskeln des Unterarms und der Hand eingeleitet. Diese Muskeln ziehen die Sehnen, die von den fünf Fingern ausgehen. Ironhand funk­tioniert genauso: Die druckempfindlichen Sensoren in den Fingerspitzen des Handschuhs erkennen, wann der Benutzer ein Objekt ergreift. Ein Mikrocomputer berechnet die erforderliche Leistung. Servomotoren treiben fünf filigrane Kugelgewindetriebe 5 mm x 2 mm (Ø 5 mm, Steigung 2 mm) an. Diese sind durch dünne Drahtsehnen mit den Fingern des Handschuhs verbunden. Die feinen Verbindungen bewegen die Finger und die zusätzliche Kraft wird durch den schlanken Handschuh erzeugt. Je höher der Druck auf die Sensoren ist, desto mehr Leistung liefert der Handschuh.

Die Ironhand erkennt also genau, wie fest der Benutzer einen Gegenstand greift und passt die Greifbewegung intuitiv und automatisch an.

Gewindetriebe für hohe Genauigkeit bei kleinen Hüben

Häufig stellt geringer Bauraum bei großer Belastung eine Herausforderung dar. Geräuschlose Bewegungen auf kleinstem Raum sind gefordert. Genauso beschreibt Bioservo die Anforderungen an die mechanischen Antriebselemente im Pflichtenheft. Hohe Positioniergenauigkeiten bei kleinsten Hüben und hohe Dynamik im Dauereinsatz sind zu bewältigen. Sicherheit und Zuverlässigkeit stehen im Mittelpunkt. Die Wartungsintervalle, die Lebensdauer und nicht zuletzt die Kosten spielen eine tragende Rolle.

Durch ein individuelles Design oder spezielle Herstellungsverfahren kann die Eichenberger Gewinde AG ihre Produkte der Applikation anpassen. Die kaltverformten, induktiv gehärteten Ironhand-Kugelgewindetriebe bringen Schnelligkeit, Präzision und minimal benötigten Bauraum unter einen Hut. Zusätzlich verstärkt das bereits zuvor erwähnte Steigungsverhältnis der Spindel die Effizienz der Bewegung. Letztendlich überzeugen die fünf Kugelgewindetriebe mit drei in der Mutter eingebauten ausgeklügelten Einzel­gangrückführungen auch mit ihrem geringen Gewicht und steigern die Wirtschaftlichkeit der Gesamtlösung.

Auf virtuellen Wegen gegen die Corona-Krise

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